PROJET RE-ROAD Impact du recyclage multiple - JTR 2014

JTR2014
Journées Techniques Routes 2014
Nantes – 11 & 12 février 2014
PROJET RE-ROAD
Impact du recyclage multiple sur les
propriétés du liant
Nathalie PIERARD – Centre de recherches routières (CRR) - Bruxelles
Virginie MOUILLET – Laboratoire d’Aix-en-Provence – CEREMA/DTerMed
et al. (Konrad Mollenhauer - TU Braunschweig –, Thomas Gabet – Ifsttar – ,
Marjan Tušar – ZAG – , Ann Vanelstraete – CRR –)
PROJET RE-ROAD : Impact du recyclage multiple sur les propriétés du liant
JTR2014
CONTEXTE
• Action de recherche menée dans le
cadre de la tâche 2.1 du WP2 (*) du
projet européen Re-Road (7ème PCRD)
– Livrable 2.3 (http://re-road.fehrl.org)
– Partenaires :
• TU Braunschweig  responsable du WP2
• CETE Méditerranée  responsable de la
tâche 2.1 du WP2
• IFSTTAR
• ZAG
• CRR
• Objectif
– Évaluer le potentiel de recyclage des
enrobés bitumineux à base de
bitume/polymère dans les couches de
surface (vu leur forte valeur ajoutée)
(*) « Impact of Reclaimed Asphalts quality and characteristics on mix design and
performance of asphalt containing Reclaimed Asphalts”
Virginie MOUILLET
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APPROCHE EXPERIMENTALE RETENUE
• Production en laboratoire d’agrégats d’enrobés de qualité contrôlée
–
–
–
–
–
–
Recherche d’un indicateur de vieillissement
Production d’agrégats d’enrobés en laboratoire
Méthodes de vieillissement
Matériaux
Comparaison des méthodes de vieillissement
Sélection d’une méthode appropriée
• Impact du recyclage multiple sur les propriétés du liant
–
–
–
–
Contexte et problématique
Paramètres
Méthodologie
Résultats
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PRODUCTION D’AGREGATS EN LABORATOIRE
• Recherche d’un indicateur de vieillissement sur la base du
vieillissement sur site
– Une expérience de suivi de vieillissement particulièrement poussée en
Slovénie :
• 3 sections d’autoroutes
– Section 1 : AC Divaca-Kozina (1997)
– Section 2 : VAC (1998)
– Section 3 : AC Arja Vas-Vransko (1997)
• « Stone Mastic Asphalt » à base de bitume élastomère
• Caractérisation du liant
– Quand ?
• Neuf
• Récupéré des carottes prélevées à la construction, en 2003 et 2009
– Caractéristiques mesurées :
• Liant récupéré : pénétrabilité à 25°C, température de ramollissement, ductilité
• Enrobé : retrait thermique empêché / traction uniaxiale (non présentés ici)
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PRODUCTION D’AGREGATS EN LABORATOIRE
• Recherche d’un indicateur de vieillissement sur la base du
vieillissement sur site
– Ductilité (EN 13589, EN13703)
Entre 2003 et 2009, Fmax et 
allongement avant la rupture
 Influence du vieillissement sur les
propriétés du polymère
(déplacement de la courbe à droite
de Fmax)

 Ductilité = bon indicateur du
vieillissement dans le cas des
Bitumes modifiés par des
Polymères
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PRODUCTION D’AGREGATS EN LABORATOIRE
• Méthodes de vieillissement testées
–
–
–
–
en étuve à 60°C, 14 jours (CRR)
en étuve à 85°C, 9 jours (RILEM)
au PAV à 90°C ou à 100°C, 20 h (PAV90, PAV100)
en étuve à 60°C sous UV, 14 jours (UV)
• Matériaux
– 1 enrobé foisonné produit en centrale :
• SMA 8 (P) : bitume élastomère (SBS dispersé mécaniquement)
– 2 enrobés foisonnés produits en laboratoire :
• SMA 8 (L) : bitume élastomère (SBS lié chimiquement au bitume)
• AC11 : Bitume routier
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PRODUCTION D’AGREGATS EN LABORATOIRE
• Choix du protocole de vieillissement en fonction du matériau testé
Malaxage
Méthode
T [°C]
BRRC
RILEM
PAV
UV
165
Vieillissement
à court terme
T [°C]
Durée [h]
1,5
4,0
135
4,0
1,5
Vieillisement à long terme
T [°C]
60
85
90; 100
60
P [MPa]
2,1
-
Radiation-UV
x
Durée [jours]
0, 1, 3, 9, 14
0, 3, 6, 9
1, 5
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• 2 bitumes SBS
– SMA 8 (P) : uniquement Vieill. long terme : toutes les durées
 évaluation des protocoles
– SMA 8 (L)
Vieill. court et long terme (durées en gras)
• 1 bitume routier
 précision des méthodes (essais en double
dans 2 laboratoires)
– AC 11
• Caractérisation du liant récupéré
• Pénétrabilité, TB&A, Ductilité
• Oxydation, Température Fraass, Module complexe (non présentés ici)
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PRODUCTION D’AGREGATS EN LABORATOIRE
• Caractéristiques technologiques
• Matériau produit en centrale (SMA8 (P))
En fonction du temps,  Pen,  T B&A
PAV100 > PAV90 > RILEM > UV > CRR
2 jours RILEM 85°C ≈ 14 jours CRR 60°C
(loi d’Arrhénius)
Virginie MOUILLET
 fonction de la température (à Patm, 
10°C = Vitesse x2)
 PAV 100°C, non réaliste ! (ne sera plus
testé ultérieurement)
 peu d’effets des UV
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PRODUCTION D’AGREGATS EN LABORATOIRE
• Caractéristiques technologiques
• Matériaux fabriqués en laboratoire (SMA8 (L), AC11)




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Vieillissement à court terme : 1,5 h < 4h
CRR< RILEM ≤ PAV90
Effet UV uniquement sur AC11 (bitume routier)
CRR : méthode généralement plus précise
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PRODUCTION D’AGREGATS EN LABORATOIRE
• Ductilité
• Matériau produit en centrale (SMA8 (P))

Avec le vieillissement :




 Fmax
 E’0.2 (≈ bitume « pur »)
E’0.2-0.4 (≈ polymère) :
  à cause du vieillissement  force plus
élevée
 Puis  suite à la diminution de la longueur
du plateau polymère
 E’0.2-0.4/ E’0.2 (sépare l’effet du vieillissement
de celui de la dégradation partielle du polymère)
 Bénéfice du polymère 
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PRODUCTION D’AGREGATS EN LABORATOIRE
• Ductilité
• Matériaux fabriqués en laboratoire
(SMA8 (L), AC11)

Comparaison des méthodes de vieillissement :
•
•
•
Fmax et E’0.2:
 RILEM et PAV > CRR
 UV > CRR uniquement pour AC 11
E’0.4-0.2/E’0.2
 Pas d’effet :
– du vieillissement à court terme
– de la méthode CRR ou UV
 Diminution dans le cas de RILEM et PAV 
diminution de l’effet du SBS dans le bitume
 Valeur très faible pour AC 11 (bitume routier)
Meilleure précision de la méthode CRR (par rapport
à la RILEM)
Virginie MOUILLET
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PROJET RE-ROAD : Impact du recyclage multiple sur les propriétés du liant
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PRODUCTION D’AGREGATS EN LABORATOIRE
• Sélection du protocole de vieillissement
• Deux méthodes se distinguent (quantité importante, équipement
simple)
– la méthode CRR (60°C, 14 jours)
– la méthode RILEM (85°C, 9 jours)
 La méthode CRR vieillit moins le liant et ne  pas le bénéfice du
SBS contrairement à la méthode RILEM (85°C, 9 jours)
 Choisir la méthode en fonction du degré de vieillissement souhaité
Nota Bene : Coupler le vieillissement de type oxydatif à celui des UV n’apporte pas
de changements importants dans le cas du vieillissement des Bitumes/Polymères
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IMPACT DU RECYCLAGE MULTIPLE
• Contexte et problématique
– Durée de vie d’une couche de surface (FGSV 2002*)
 Grande quantité d’agrégats d’enrobés : intéressant de les réutiliser
 Tous les 10 à 25 ans, couche de surface à nouveau recyclée
Quel est l’impact du recyclage multiple sur les propriétés du liant
contenu dans un mélange à base d’agrégats?
(* ) German Road Research Association
Virginie MOUILLET
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PROJET RE-ROAD : Impact du recyclage multiple sur les propriétés du liant
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IMPACT DU RECYCLAGE MULTIPLE
• Matériaux
– SMA8 avec bitume élastomère (lié chimiquement)
• 0A0 : Bitume élastomère 25/55-55A
• 0C0 : Bitume élastomère 45/80-50A
• Méthode de vieillissement
– RILEM à 85°C durant 9 jours
• Caractérisation du liant
– Après extraction au trichlorothylène dans une centrifugeuse
automatique et récupération à l’aide de l’évaporateur rotatif (EN 12697-1
et EN 12697-3)
– Caractéristiques mesurées :
• Pénétrabilité, TB&A , Ductilité
• G* (1,6Hz et 60°C), Oxydation (non présentés)
Virginie MOUILLET
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IMPACT DU RECYCLAGE MULTIPLE
• Méthodologie d’étude
 Phase 1 : Choix du liant neuf à introduire dans un nouvel enrobé avec
agrégats d’enrobés
 Dans l’enrobé avec agrégats, utiliser un liant neuf dont les
caractéristiques permettront d’atteindre des caractéristiques
similaires à celles du liant contenu dans un même type d’enrobé
sans agrégats
 Phase 2 : Etude du recyclage multiple
 Utiliser le liant sélectionné comme liant neuf lors du recyclage
multiple (3 cycles) et déterminer l’impact sur les caractéristiques
du liant récupéré
Virginie MOUILLET
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JTR2014
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IMPACT DU RECYCLAGE
• Résultats de la phase 1 « Choix du liant neuf »
– Objectif :
caractéristiques du liant dans l’enrobé avec agrégats ≡
caractéristiques du liant dans l’enrobé sans agrégats
0A0 (L)
25/55-55A
TB&A
Pen
[°C] [dmm]
0A0
RA1
1A50
0C0
1C50
61,3
68,2
62,1
51,1
59,9
38
25
32
67
37
Fmax
[N]
3,7
10,0
5,0
0,8
3,2
RILEM
85°C, 9
jours
RA1 (L)
Force-Ductilité
E’0,2
E’0,2-0,4 E’0,2-0,4/E’0,2
[J/cm²]
0,34
1,06
0,52
0,07
0,34
[J/cm²]
0,24
0,64
0,34
0,04
0,24
[-]
0,70
0,60
0,66
0,60
0,72
+50% 0A0 (L) 1A50 (L)
+50% 0C0 (L)
45/80-50A
1C50 (L)
 Seul un bitume plus mou permet d’obtenir un liant avec des propriétés
similaires à celle du liant du mélange sans agrégat (0A0)
 Sélection du liant neuf d’ajout 0C0 à base de 45/80-50A
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IMPACT DU RECYCLAGE MULTIPLE
• Résultats de la phase 2 « Impact du recyclage multiple »
– Plan d’expérience :
Liant neuf d’ajout:
0C0 (L)
45/80-50A
0A0 (L)
25/55-55A
1C50 (L)
2C50 (L)
RILEM
RA1 (L)
85°C, 9
jours
+50% 0C0 (L)
RILEM
RA2 (L)
85°C, 9
jours
+50% 0C0 (L)
RILEM
85°C, 9
jours
RA3 (L)
+50% 0C0 (L)
3C50 (L)
Virginie MOUILLET
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JTR2014
PROJET RE-ROAD : Impact du recyclage multiple sur les propriétés du liant
IMPACT DU RECYCLAGE MULTIPLE
• Résultats de la phase 2 « Impact du recyclage multiple »
Agrégats
(%)
oui
oui
oui
-
Melange
neuf (%)
RILEM
0A0
RA1
0C0
1C50
RA2
2C50
RA3
3C50
Force-Ductilité
TA&B
[°C]
100
0
100
50
0
50
0
50
0
100
0
50
100
50
100
50
61,3
68,2
51,1
59,9
63,6
57,1
63,1
56,7
Pen
[1/10 mm]
Fmax
E’0,2
E’0,2-0,4
E’0,2-0,4/E0,2
38
25
67
37
26
41
26
42
[N]
3,7
10,0
0,8
3,2
6,5
2,7
7,6
2,4
[J/cm²]
0,34
1,06
0,07
0,34
0,70
0,26
0,79
0,23
[J/cm²]
0,24
0,64
0,04
0,24
0,36
0,17
0,33
0,14
[-]
0,70
0,60
0,60
0,72
0,52
0,65
0,42
0,59
 Propriétés des liants acceptables après 2ème et 3ème cycle de recyclage à 50%
(aussi au niveau de l’oxydation et du module complexe G* à 1,6 Hz et 60°C)
Choisir le liant neuf afin d’obtenir des caractéristiques similaires pour le liant
dans l’enrobé avec agrégats à celles du liant d’un enrobé neuf sans agrégats
semble être une bonne procédure à appliquer pour le recyclage multiple
Virginie MOUILLET
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CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
• Il est possible lors d’une pré-étude de produire des agrégats de
qualité contrôlée en laboratoire
– 2 méthodes possibles : Méthode RILEM (85°C, 9 jours) ou Méthode CRR
(60°C, 14 jours) en fonction du degré de vieillissement souhaité
– Après 9 jours à 85°C,  des bénéfices du SBS dans le bitume
élastomère de l’agrégat (non observé avec méthode CRR)
 Nécessité de confirmer le choix de la méthode de vieillissement
à partir de résultats sur sites supplémentaires
• Le recyclage multiple est envisageable du point de vue des
propriétés du liant en utilisant la procédure actuelle de recyclage lors du
choix du liant neuf (adaptation du « grade » du liant)
– Toutefois, cette étude ne dit rien de la compatibilité entre les deux
bitumes/polymères ni sur les performances du mélange avec agrégats
Virginie MOUILLET
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JTR2014
Merci pour votre attention!
Et remerciements spéciaux:
– Aux partenaires européens de ce projet
– À la Commission Européenne pour l’octroi d’une bourse (Grant SCP7-GA2008-218747) dans le cadre du “FP7 collaborative project”
Virginie MOUILLET
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